蛇毒毒素的抗肿瘤作用及其在医药领域的应用

金夕琳1，张 洁2，江海龙3，陆一鸣3（1.第二军医大学学员旅临床二队，上海 200433；2.国防大学第二门诊部，北京 100039；3.第二军医大学药学院生化药学教研室，上海 200433）

·综述·

蛇毒毒素的抗肿瘤作用及其在医药领域的应用

金夕琳1，张 洁2，江海龙3，陆一鸣3（1.第二军医大学学员旅临床二队，上海 200433；2.国防大学第二门诊部，北京 100039；3.第二军医大学药学院生化药学教研室，上海 200433）

目的 探讨蛇毒毒素的抗肿瘤作用及其在医药领域的应用。方法 综述蛇毒毒素的抗肿瘤组分、抗肿瘤作用及其机制的研究进展。结果 蛇毒毒素对多种肿瘤均有抑制作用，具有直接杀伤肿瘤细胞、诱导肿瘤细胞凋亡、抑制血管再生等作用。结论 对蛇毒毒素抗肿瘤组分及其作用机制进行深入研究，是当前抗肿瘤药物研究的重要方向。

蛇毒毒素；抗肿瘤

蛇毒毒素是一种包含蛋白质、多肽、金属离子、糖类、核苷、氨基酸和脂质的复杂混合物。近年来，利用蛇毒毒素中的天然活性成分，探讨其抗肿瘤、抗凝、溶栓、镇痛、抗炎反应等作用［1］，并用于治疗高血压、血栓和癌症等疾病。蛇毒或其初步提取物具有抗肿瘤作用的研究国内外早有报道，但其有效成分及其作用机制尚不清楚，本文主要对蛇毒毒素的抗肿瘤作用及其在医药领域的应用前景作一综述。

1 蛇毒毒素的抗肿瘤作用及其机制

蛇毒是一种毒性较强的生物毒素，对多种肿瘤均有抑制作用。目前已从蛇毒中分离、纯化出不同的组分用于肿瘤的治疗研究，蛇毒毒素通过3种组分（解离素、细胞毒素以及诱导凋亡的组分）起抗肿瘤作用，而这3种组分并不是完全彼此孤立的，有时某一毒素提取物从两方面协同起到抗肿瘤作用。

1.1 直接作用于肿瘤细胞膜 细胞毒素带正电荷的阳离子头端与细胞膜磷脂双分子层极性层的阴离子部位结合而定位，疏水性基团部分插入细胞中而破坏细胞膜。由于Ca2＋能使胞膜致密、完整和稳定，故能抑制膜毒素的毒性［2］。这与缺钙介质中细胞毒素对体外肿瘤细胞有很强的杀伤作用，而生理钙浓度下这种杀伤作用被显著抑制相一致。

1.2 抑制肿瘤细胞的核酸代谢 癌基因一般为单拷贝基因，有其编码的蛋白质，在肿瘤细胞内的一些癌基因在DNA复制过程中产生多个拷贝，形成双微粒染色体和均染区，这种基因的扩增常产生基因产物过表达，表现为mRNA和蛋白质量的增加。Jokhio等［3］研究发现，眼镜蛇毒能显著抑制乳腺癌组织DNA和RNA的合成，抑制细胞的增殖从而起到抗肿瘤作用。Xie等［4］从蛇毒中分离出的Sv-cystatin，可以改变一些参与细胞黏附、迁移、免疫调节、增殖、分化、凋亡、转录和细胞内信号传导的基因，从而起到抗肿瘤作用。

1.3 影响机体免疫功能 蛇毒可通过激活补体系统溶解肿瘤细胞。Vogel等［5］发现眼镜蛇蛇毒因子与单克隆抗体形成的复合物（M cAb-CVF）对黑色素瘤细胞显示了特有的溶细胞活性，其机制可能为M cAb-CVF复合物形成稳定的C3／C5转换酶，通过替代补体途径最终形成膜攻击单位，导致肿瘤细胞的溶解。此外，膜毒素可通过自然杀伤细胞活性，非特异性杀伤肿瘤细胞。干扰素是机体特异免疫因素之一，它对同种细胞具有广泛的免疫作用、广谱抗病毒作用和调节免疫作用。da Silva等［5］证实巴西具窍蝮蛇毒能抑制接种艾氏腹水癌细胞的小鼠分泌白介素-6（IL-6），从而可以提高机体干扰素水平，调节免疫功能，对治疗肿瘤及某些免疫疾病有一定作用。

1.4 抑制肿瘤细胞生长 最近研究发现，黏附分子受体能介导血小板和内皮细胞与中性粒细胞、单核细胞及肿瘤细胞之间的相互作用，它们在炎症、血栓形成及肿瘤转移等过程中起重要作用。其中，肿瘤细胞恶性生长并从原发灶中脱离是肿瘤转移的关键，而肿瘤细胞与内皮细胞、细胞外基质黏附是肿瘤血行转移不可缺少的环节，肿瘤细胞在血循环中与血小板等结合可使癌细胞免受吞噬细胞的清除。蛇毒抗栓酶能明显降低血液黏度，减少血小板数量，抑制其黏附和聚集，可改变肿瘤患者血液的高凝状态并改善微循环，从而起到抗癌和防止癌细胞转移的作用［6］。从巴西窝面蝰蛇蛇毒中提取的一种凝集素BJcuL，已经被证实具有连接乳糖和红细胞凝集的作用。凝集素BJcuL不仅能抑制这些细胞黏附到细胞外基质纤连蛋白、层粘连蛋白和Ⅰ型胶原，更重要的是，凝集素BJcuL可以降低肿瘤细胞的生存活力。这一发现表明，凝集素BJcuL可通过抑制肿瘤细胞和内皮细胞的生长作为对抗肿瘤的武器［7］。

1.5 诱导细胞凋亡 近来有学者将蛇毒抗肿瘤作用机制的研究转到了细胞凋亡上。日本的Torri等［8］从西部菱纹背响尾蛇蛇毒中发现的一种apoxin-Ⅰ具有L-氨基酸氧化酶（LAAO）活性。目前，LAAO的抗癌作用研究主要集中于它对肿瘤细胞的介导凋亡的作用上，LAAO表现出了在肿瘤研究和肿瘤治疗中的潜在应用，表现出明显的细胞毒性和介导脐静脉内皮细胞、胚胎肾细胞、单核细胞、前骨髓细胞癌HL60细胞、卵巢癌A2780细胞、胃癌CRL5971细胞、人T淋巴细胞、小鼠内皮KN-3细胞的凋亡功能［9］。在HeLa细胞内注射2.5～10μg／m l极北蝰的LAAO后7～24h细胞凋亡。普遍观点认为H2O2在蛇毒毒素的LAAO介导细胞凋亡过程中发挥重要作用，并且这一作用可被过氧化氢酶和其他H2O2清除剂抑制。LAAO可直接连接到细胞表面，释放的H2O2累积在局部，细胞膜上H2O2发生氧化应力链反应，这一机制可通过荧光标记实验验证，并且这一活性可被抗氧化剂抑制，而不能被水溶性抑制剂抑制［10］。表明蛇毒毒素中的LAAO介导细胞凋亡的机制和外源性的H2O2不同，两者引起的细胞形态学变化也不同。抗氧化剂和过氧化氢酶可以抑制蛇毒毒素LAAO介导的细胞凋亡而不能抑制外源性H2O2介导的细胞凋亡。换句话说，蛇毒毒素LAAO介导的细胞凋亡不仅需要H2O2作为媒介，它还是一个酶促反应。除了蛇毒毒素的LAAO产生的H2O2，半胱天冬酶（caspase）介导的凋亡途径也可能涉及细胞凋亡过程［11］。五步蛇和巴西矛头蝮蛇的LAAO介导HL60、Jurkat、B16F10和PC12细胞凋亡时，通过产生H2O2来活化caspase-3和caspase-9［12］。H2O2还能够在人内皮细胞通过增加酪氨酸蛋白激酶的活性来增加Fas的表达。

新出现的证据证明，一些蛇毒毒素的LAAO会干扰肿瘤细胞的细胞周期状态。用流细胞分析计数法分析得知，巴西矛头蝮蛇LAAO可以在G0／G1期阻断HL60细胞，延长S期和G2／M期［13］。五步蛇LAAO介导明显增加了G1期，表明这种酶能够介导凋亡和有效抑制肿瘤生长，从而有研发成为一种抗癌药物的可能［14］。另外，眼镜蛇抑制恶性肿瘤增殖是通过阻断它从S期到G2期［15］。蛇毒毒素的LAAO可能作为一种新型的抗癌药物归因于其独特的、清除肿瘤细胞的凋亡机制。

1.6 抑制血管再生 血管生成对肿瘤的持续生成、血管内皮细胞增殖、迁移和分化具有重要作用［16］。恶性肿瘤转移的每一步都与肿瘤的血管生成密切相关。Golubkov等［17］从铜头蝮蛇毒中分离出一个二聚体解离素（contortrostatin），每日给患有乳腺癌MDA-MB-435的裸鼠注射，可明显抑制肿瘤生长和血管再生。能够抑制血管生成的还有从红口蝮蛇中提取的新的解离素rhodostom in，它通过阻断血管内皮细胞的整合素α5β3和胞外基质的作用，抑制血管的形成，并且对肿瘤组织内的血管具有选择性，对正常生长的细胞无效［18］。目前已经从各种蛇毒中提取了数十种解离素，具有明显的体内或体外抗肿瘤活性。近年来大量研究结果显示［19］，蛇毒毒素L-氨基酸氧化酶（SV-LAAO）不仅具有诱导人脐静脉内皮细胞HUVEC凋亡的作用，同时还具有影响血小板、促使小鼠出血等特性，提示其可能通过抑制血管的形成而达到治疗肿瘤的目的。由于肿瘤生长和转移都依赖于新生血管的形成，因此抑制血管内皮细胞（VEC）的增殖、迁移及小血管形成是抑制肿瘤生长的关键步骤。

1.7 诱导肿瘤细胞坏死 El-Re f ae l等已经调查得知角蝰蛇毒素CCV在体外实验对生长速率的影响和对乳房肿瘤病毒介导的乳房肿瘤细胞（RⅢ／Sa-M T）的形态变化。角蝰蛇毒素（Cerastes cerastes venom，CCV）是一种细胞毒素，由美洲、亚洲、欧洲的蛇毒毒素进行粗加工或是提取其中某些成分所得，已证实能够抑制小鼠和人类的肿瘤细胞生长。研究结果显示，7μg／m l的CCV在体外实验中48h内杀死约55%的肿瘤细胞；若直接将1μg CCV注入生长中的肿瘤，每周1次，持续4周，发现肿瘤负荷减少54%。结果显示，用CCV治疗的小鼠比空白对照组小鼠多活了35d。根据组织学检查、细胞超微结构检查、核染色和DNA片段化学说，得出CCV体内和体外均抑制小鼠乳房肿瘤细胞生长的基本机制是坏死的结论。El-Refael等［20］对细胞注射7μg／m l的CCV48h后，进行组织化学分析发现，注射CCV的细胞死亡率＞70%，但是这些细胞的重组DNA和对照组一样完整，并出现线粒体肿胀、断裂，细胞核未见损伤等现象，还有肿瘤组织病理学观察显示明显坏死区域。综上考虑，坏死是CCV介导细胞死亡的主要原因。只有一小部分（＜3%）核出现片段化，这些细胞可能是由于通过凋亡导致细胞死亡的副成分在CCV准备阶段就已经出现。但El-Refael等还不知道CCV是如何介导乳房肿瘤细胞坏死的。

2 蛇毒毒素的抗肿瘤作用在医药领域的应用

2.1 CCV的研究前景 如果CCV中确实存在前文提到的能使线粒体中产生液泡的物质，那么研究者可从CCV中分离这一组分并检测它的效力，作为一种新的抗癌药物。另外，CCV对乳房肿瘤细胞系RⅢ／Sa-M T嫁接到同基因鼠体内产生生长的影响仍值得研究。

2.2 解离素的研究前景 解离素的变化是研究人员把从锯鳞蝰蛇中分离的锯鳞肽的C末端嫁接到解离素上［21］，这样锯鳞肽的C末端序列可以提高连接到整合素α5β1的可能性，这是新药研究的一个方向，也是新药设计的基础。因此，解离素将会成为未来蛇毒毒素抗肿瘤研究的先驱。血管生成抑制剂是被大量研发的肿瘤治疗方法之一［22］。蛇毒毒素的裂合素亲族（disintegrins）系为具有不同功能、不同效价、不同特异性的大分子库，并且为通过抗血管生成来抑制癌症提供了一个良好的研究开端。

2.3 SV-LAAO的研究前景 目前对SV-LAAO发挥抗肿瘤作用的机制尚未明了。一些研究表明，SV-LAAO反应生成的H2O2激发细胞内活性氧和P53蛋白的表达，从而引起细胞凋亡。还有人认为SV-LAAO可能通过释放一些氧自由基并促使一些蛋白溶解酶等介质释放而损伤内皮细胞。另外，SV-LAAO还通过诱导血管内皮细胞凋亡和抑制血小板聚集等抗凝机制导致出血。因此，更多研究可进一步揭示其在抗肿瘤方面的作用，并有可能成为抗肿瘤治疗的新药物，在抗肿瘤的实验和治疗中将发挥重要作用。

2.4 凝集素的研究前景 已有研究证实凝集素BJcuL对肿瘤细胞具有强有力的抑制作用，因此它可能被用于临床上减缓肿瘤的发展，但仍需要更多的研究以证实凝集素BJcuL在凋亡和抗血管生成方面的细胞内作用机制。

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The antitumor effect of snake venom toxins and its application inmedical field

JIN Xilin1，ZHANG Jie2，JIANG Hailong3，LU Yiming3（1.Second Team of Clinical Medicine，Student Brigade，Second M ilitary Medical University，Shanghai 200433，China；2.Second Out-patient Department，National Defence University，Beijing 100039，China；3.Department of Biochemical Pharmacy，School of Pharmacy，Second M ilitary Medical University，Shanghai 200433，China）

ObjectiveTo discuss the antitumor effect of snake venom toxins and its application inmedical field.MethodsTo review the research progress of composition，the antitumor effect andmechanism of snake venom toxins.ResultsIt was demonstrated that the snake venom toxins can stop various tumor cells from grow ing，and have the functions of killing the tumor cells，inducing cell death，and inhibition of angiogenesis.ConclusionIt is an important direction in antitumor drug research and development to deeply research the composition and themechanisms of action of the snake venom toxins.

snakevenomtoxins；antitumor

R931.74；R73

A

1006-0111（2015）06-0502-04

10.3969／j.issn.1006-0111.2015.06.006

2013-09-01

2014-03-31［本文编辑］李睿旻

国家自然科学基金项目（No.81274162，30500093）；国家科技部“重大新药创制”专项（No.2009ZX09103-690）；上海市科委重点项目（No.04JC14002）；军队“十一五”计划（No.06Q042）；上海市高校优秀青年教师科研专项基金（No.ejd09011）

金夕琳，硕士研究生.研究方向：蛇毒毒素抗肿瘤研究.Tel：18801765079；E-mail：hljinxilin＠sina.com

陆一鸣，副教授.研究方向：活性蛋白及小肽类药物的发现、效应评价和作用机制研究.E-mail：bluesluyi＠sina.com